세라믹기술원, 고용량 실리콘 음극 복합소재 개발

(진주=뉴스1) 한송학 기자 = 한국세라믹기술원은 고려대학교, 가천대학교와 공동으로 친환경 제조 공법을 적용해 이차전지의 에너지밀도를 획기적으로 향상할 수 있는 고용량 실리콘 음극 복합소재 제조 방법을 제시했다고 14일 밝혔다.

대부분의 리튬이온 배터리에는 흑연 기반 음극 소재가 사용되고 있지만 이는 차세대 배터리의 높은 에너지밀도 요구를 충족시키기에 한계가 있다.

실리콘은 흑연보다 훨씬 많은 에너지를 저장할 수 있어 차세대 배터리 성능을 크게 향상할 수 있는 소재로 주목받고 있다. 충·방전 과정에서 부피 변화가 크기 때문에 배터리 수명과 안정성에 문제가 발생하는 단점도 있다.

이 문제를 해결하기 위해 공동 연구팀은 '흑연-실리콘-카본' 복합체를 개발했다. 이 복합체는 메카노퓨전(MF) 공정으로 제작되는 과정에서 실리콘 입자를 2D 구조의 흑연이 안정적으로 감싸게 되고 피치 유래 탄소 껍질이 전체 구조를 강화하는 역할을 한다.

이에 따라 전도성 네트워크를 형성하는 특성이 발현돼 기존 실리콘의 열악한 전기적 특성의 향상 및 부피 팽창 억제 효과를 가지게 되고 배터리 소재로서의 활용도를 높이는 결과가 나왔다.

공동 연구팀은 흑연-실리콘-카본 복합체는 실리콘 입자의 파괴 및 전해질과의 직접적인 접촉 등의 문제들을 효과적으로 해결할 수 있어 높은 전류밀도에서도 안정적인 성능을 유지하며 배터리의 수명 연장에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

정대수 세라믹기술원 박사는 “흑연-실리콘-카본 복합체의 도입은 고용량, 고성능 배터리가 요구되는 전기차와 같은 응용 분야에서 실리콘 기반 음극 소재의 상용화를 가속할 가능성을 보여주는 데 의미가 있다"며 "친환경적이고 경제적으로 무용해공정을 적용한 이 소재 합성으로 인해 대량생산에도 환경적 영향을 최소화할 수 있는 장점이 있다”고 말했다.

han@news1.kr